一级直齿圆柱齿轮减速器设计说明书

机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器设计任务书1、题目设计用于带式输送机的机械传动装置一级直齿圆柱齿轮减速器。2、参考方案（ 1） V 带传动和一级闭式齿轮传动（ 2）一级闭式齿轮传动和链传动（ 3）两级齿轮传动3、原始数据4、其他原始条件输送带工作拉力 F/N输送带工作速度 v/m s-1卷筒直径 D/mm16001.1180（ 1）工作情况：一班制，输送机连续单向运转，载荷有轻微震动，室内工作，少粉尘。（ 2）使用期限： 10 年，大修期三年，每年工作 300 天。（ 3）生产批量： 100 台（属小批生产）。（ 4）工厂能力：中等规模机械厂，可加工 78 级精度齿轮。（ 5）动力来源：三相交流（ 220V/380V ）电源。（ 6）允许误差：允许输送带速度误差5% 。5、设计任务（ 1）设计图。一级直齿（或斜齿）圆柱齿轮减速器装配图一张，要求有主、俯、侧三个视图，图幅 A1 ，比例 1：1（当齿轮副的啮合中心距 a 110 时）或 1：1.5（当齿轮副的啮合中心距a110 时）。（ 2）设计计算说明书一份（16 开论文纸，约20 页， 8000 字）。1机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器目录112133431 V5273114185196207211232252729302机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器 31设计内容：一、传动装置的总体设计1、 确定传动方案本次设计选用的带式输送机的机械传动装置方案为 V 带传动和一级闭式齿轮传动，其传动装置见下图。2、 选择电动机（ 1） 选择电动机的类型按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，电压380V，Y 系列。（ 2） 选择电动机的额定功率 带式输送机的性能参数选用表 1 的第 6 组数据，即：输送带工作拉力 F/N输送带工作速度 v/m s-1卷筒直径 D/mm16001.1180表一工作机所需功率为：PwFv1600N 1.1m/ skW10001.761000从电动机到工作机的传动总效率为：2123 45其中 1、 2、 3、 4、5 分别为 V 带传动、齿轮传动、滚动轴承、弹性套柱销联轴器和滚筒的效率， 查取机械基础P459 的附录 3选取1 =0.95 、 2 =0.97（ 8 级精度）、 3 =0.99（球轴承）、4 =0.995、 5 =0.963机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器故1232450.950.970.9920.9950.960.8609664143520.862 电动机所需功率为Pw1.76kWPd2.04 kW 又因为电动机的额定功率 Ped Pd0.862查机械基础 P499 的附录 50，选取电动机的额定功率为2.2kW，满足电动机的额定功率 Ped Pd 。（ 3） 确定电动机的转速传动滚筒轴工作转速： nwv601000 1.1m/s601000 116.714r / min查机械基础 P459 附录，D3.14180mm3V带常用传动比为1i =24，圆柱齿轮传动一级减速器常用传动比范围为i 2（8级精度）。根据传动装置的总传动比i与各=35级传动比 i1、i2、 i n 之间的关系是 i=i 1i2i n，可知总传动比合理范围为i=620。nm又因为inw ，故电动机的转速可选择范围相应为700.284r/minn2334.28r/min符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min 和 1500r/min 三种。（ 4） 确定电动机的型号选上述不同转速的电动机进行比较，查机械基础P499 附录 50 及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比，列于下表：额定电机转速 r/min电机参考方案电机型号功率同步满载质量价格总传动比kW转速转速kg（元）1Y100L1-42.2150014203876012.1662Y90S -62.210009106310227.7973Y132S-82.2750710798006.083表二4机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器为降低电动机重量和价格， 由表二选取同步转速为1500r/min 的 Y 系列电动机，型号为 Y100L1-4 。查机械基础 P500 附录 51，得到电动机的主要参数以及安装的有关尺寸(mm)，见以下两表：电动机的技术数据电动机型额定功率同步转速满载转速堵转转矩最大转矩号（kw ）（ r/min）（r/min ）额定转矩额定转矩Y100L1-42.2150014202.22.2表三电动机的安装及有关尺寸 (mm)外形尺寸底脚安装地脚键公称尺中心高螺栓轴伸尺寸1 AC+AD尺寸寸H(mm)LHD孔直DE2A B径 KFH100380( 1215+180) 2451601401228+00.0040096081002表四3、 传动装置的总传动比的计算和分配（ 1） 总传动比 12.166（ 2） 分配各级传动比各级传动比与总传动比的关系为i=i 1i 2。根据 V 带的传动比范围i 1=2 4 ，初选 i 13.042，则单级圆柱齿轮减速器的传动比为4，符合圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i2=35（ 8 级精度），且符合了在设计带传动和一级圆柱齿轮减速器组成的传动装置中，应使带传动比小于齿轮传动比，即i 带 ddmin.（dd1 根据 P295 表 13-4 查得）dd 23.042,所以 dd 2=803.042=243.36mmi1dd 1由机械基础 P295 表 13-4 查“ V 带轮的基准直径”，得 dd 2 =250mm 误差验算传动比： i误 =dd 2250（为弹性滑动率）dd1 (1)3.15780 (1 1%)误差i误i1100%3.1573.0425%符合要求i100% 3.8%i13.042 带速dd 1n801420v=10006010005.948m / s60满足 5m/sv300mm，所以宜选用E 型轮辐式带轮。总之，小带轮选H 型孔板式结构，大带轮选择E 型轮辐式结构。（7）确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。（8）计算压轴力由机械基础 P303 表查得，Z型带的初拉力F0，上面已得13 1255N到 a1 =161.74o，z=6，则 F2zFosin a1 =2655 sin 161.74 oN=651.64N22（9）带轮的材料选用灰铸铁， HT200。2、 减速器内传动件的设计（齿轮传动设计）（ 1）选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 齿轮材料、热处理方法及齿面硬度因为载荷中有轻微振动， 传动速度不高， 传动尺寸无特殊要求， 属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械基础 P322 表 1410，小齿轮选用 45 号钢，调质处理，硬度 260HBS；大齿轮选用 45 号钢，调质处理，硬度为 220HBS。 精度等级初选减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据机械设计学基础P145表 57，初选 8 级精度。（ 2）按齿面接触疲劳强度设计齿轮由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动， 齿轮承载能力主要由齿轮9机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器接触疲劳强度决定，其设计公式为： d1 3 (3.53 ZE2 KM 1 u 1)d uH 确定载荷系数 K因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，根据电动机和载荷的性质查机械设计学基础 P147 表 58，得 K 的范围为 1.41.6， 取 K 1.5。 小齿轮的转矩M9550P / n 95502.09kW142.758N m 42758N mm11466.798r / min 接触疲劳许用应力PH limZ NSHm im）接触疲劳极限应力由机械设计学基础 P150 图 530 中的 MQ 取值线，根据两齿轮的齿面硬度，查得 45 钢的调质处理后的极限应力为H lim1 =600MPa，H lim 2 =560MPa）接触疲劳寿命系数ZN应力循环次数公式为N=60 n jth工作寿命每年按 300 天，每天工作 8 小时，故th=(300108)=24000hN1 =60466.798124000=6.722108N 2N 16.722108108=41.681i查机械设计学基础 P151 图 531，且允许齿轮表面有一定的点蚀ZN1=1.02ZN2=1.15) 接触疲劳强度的最小安全系数SHmin查机械设计学基础 P151 表 510，得 SHmin1）计算接触疲劳许用应力HP 。10机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器将以上各数值代入许用接触应力计算公式得p1H lim1 ZN16001.02 MPa612MPaSH min1H lim 2ZN 25601.15644MPap2SH minMPa1）齿数比因为 Z2=i Z 1，所以 Z24Z1）齿宽系数由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置，且为软齿面传动， 查机械基础 P326 表 1412，得到齿宽系数的范围为0.81.1。取d1 。）计算小齿轮直径d1由于p 2p1 ，故应将p1 代入齿面接触疲劳设计公式，得3.53Z E2 KM 1 u13.53 189.82)1.5 42758 4 1mm 45.80mmd1 3 (3Hdu61214 圆周速度 vv1n1d1466.798 45.801000601.12m / s601000查机械设计学基础 P145 表 5 7， v1 3 106 和 N2=1.681108 3106 ，查机械设计学基础P156 图 534 得，YN1=1,YN2 =1 ) 弯曲疲劳强度的最小安全系数SFmin本传动要求一般的可靠性， 查机械设计学基础 P151 表 510，取 SFmin 1.2 。）弯曲疲劳许用应力将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得FP1 =Flim1YN1= 1801MPa=150MPaSFmin1.2FP2 =Flim2YN2= 1701MPa=141.67MPaSFmin1.2）齿根弯曲疲劳强度校核2KT1YF 1=2 1.5 42758F 1bmd16032.81MPa=33.37MPaFP1602KT1YF 221.542758F 2bmd1602.24MPa 26.60MPaFP 23 60因此，齿轮齿根的抗弯强度是安全的。3、 轴的设计（ 1） 高速轴的设计 选择轴的材料和热处理采用 45 钢，并经调质处理，查机械基础P369 表 ，得其许用弯曲应力16113机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器160MPa ， A118 : 106 。 初步计算轴的直径由前计算可知： P1=2.09KW,n1=466.798r/min其中， A 取 112。P132.09d 主A 3n111220.108mm466.798考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则d=20.108 105%=21.11mm22.4mm查机械基础 P458 附录 1，取 d=25mm 轴的结构设计高速轴初步确定采用齿轮轴， 即将齿轮与轴制为一体。 根据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。设有 7 个轴段。1 段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为25mm，查机械基础P475 附录 23，取该轴伸 L 160mm。2 段： 参考机械基础 P373，取轴肩高度 h 为 1.5mm，则 d2=d1+2h=28mm。此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3 段：此段装轴承，取轴肩高度h 为 1mm，则 d3=d2 +2h=30mm。选用深沟球轴承。查机械基础P476 附录 24，此处选用的轴承代号为6306，其内径为 30mm，宽度为 19 mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小 12mm。取此段长 L 3=17mm。4 段与 6 段：为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便，齿轮与轴承之间要有一定距离，取轴肩高度为 2mm，则 d4=d6=d3+2h=33mm，长度取 5mm，则 L 4= L6 5mm。5 段：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径d 1 =60mm可知， d6=60mm。因为小齿轮的宽度为70mm，则 L5=70mm。7 段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d7=30mm，L 7 17mm。由上可算出，两轴承的跨度L L17527097 mm 高速轴的轴段示意图如下：14机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器 按弯矩复合强度计算A、圆周力：2M 1242758Ft11425.3Nd160B、径向力：Fr 1 Ft1 tan1425.3 tan 200518.8N）绘制轴受力简图）绘制垂直面弯矩图轴承支反力：FAYFr1518.8FBY259.4 N2215机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器FAzFBzFt11425.3712.65N22由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在垂直面弯矩为M c1FAY97259.4 9712580.9N mm22如图）绘制水平面弯矩图L97M c 2FAZ 2712.65234563.5N mm）绘制合弯矩图22)12580.9234563.5236782.01N mmMc1(M CV 1MCH 1）绘制扭转图转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=0.6，aM 10.64275825654.8N mm）绘制当量弯矩图截面 C 处的当量弯矩：Mec(Mc2( M1)2)36782.012(0.6 42758)244845.12N mm16机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器 )校核危险截面 C 的强度轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C 处， W 0.1d43CeMec44845.1212.48MPa 1 60MPaW0.1 333所以 轴强度足够。（ 2）低速轴的设计 选择轴的材料和热处理采用 45 钢，并经调质处理，查机械基础P369 表 ，得其许用弯曲应力161160MPa ， A118 : 106 。 初步计算轴的直径由前计算可知： P2=2.007KW,n2=116.700r/min计算轴径公式： d 2AP23n 2即：其中， A 取 106。d2P210632.00727.36mmA 3n2116.700考虑到有一个键槽，将该轴径加大5%，则d227.361.0528.73mm查机械基础 P458 附录 ，取1d=30mm 轴的结构设计根据轴上零件得安装和固定要求， 并考虑配合高速轴的结构， 初步确定低速轴的结构。设有6 个轴段。1 段： 此段装联轴器。装联轴器处选用最小直径d =32mm，根据机械基础1P482 附录 32，选用 LT 6J 3282 弹性套柱销联轴器，其轴孔直径为J1 B328217机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器32mm，轴孔长度为60mm。根据联轴器的轴孔长度，又由机械基础P475 附录 23，取轴伸段（即段）长度L158mm。2 段：查机械基础P373，取轴肩高度 h 为 1.5mm，则 d2=d1+2h= 3221.535 mm此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3 段：取轴肩高度h 为 2.5mm，则 d3=d2+2h=35+22.540mm。此段装轴承与套筒。选用深沟球轴承。查机械基础P476 附录 24，此处选用的轴承代号为 6208，其内径为 40mm，宽度为 18mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小 12mm。取套筒长度为 10mm，则此段长 L 3=（ 18-2）+10+2=28mm。4 段：此段装齿轮，取轴肩高度h 为 2.5mm，则 d4=d3+2h= 4022.545 mm。因为大齿轮的宽度为60mm，则 L4 =60-2=58mm5 段：取轴肩高度 h 为 2.5mm，则 d5=d4+2h=50mm，长度与右面的套筒相同，即L5=10mm。6 段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即d6=40mm，L 6 17mm。由上可算出，两轴承的跨度L 182106098mm 。 低速轴的轴段示意图如下： 按弯矩复合强度计算2M 22164240A、圆周力： Ft 22431351.770Nd2B、径向力： Fr 2 Ft 2 tan1351.770 tan 200492N）求支反力 FAX 、 BY 、AZ 、BZFFF18机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器FAYFBYFr 24922246N2FAzFBzFt 21351.7702675.885 N2 )由两边对称，知截面C 的弯矩也对称。截面C 在垂直面弯矩为受力图：M c1FAYL2469812054N mm22）截面 C 在水平面上弯矩为：M c2FAzL675.8859833118.365N mm22）合成弯矩为：M c(M c12M c2212054233118.365235243.79N mm）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=0.6，截面 C 处的当量弯矩：M ecM c2(aM 2 )2441362(0.6164240)2104656.8N mm )校核危险截面 C 的强度轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的C 处， W 0.1d43CeMec104656.811.48Mpa 1 bW0.1 453所以轴强度足够。（ 3）确定滚动轴承的润滑和密封由于轴承周向速度为1m/s (A-B)=35-23=12mm ；低速轴： L 2(A-B)=45-38=7mm由前设定高速轴的L 1 =60mm，低速轴的 L258mm 可知，满足要求。( 8 ) 确定轴的轴向尺寸高速轴（单位： mm）：D1D2D3D4D5D6D7各轴段直径25283033603325L1L2L3L4L5L6L7各轴段长度606017570517低速轴（单位： mm）：D1D2D3D4D5D6各轴段直径323540455040L1L2L3L4L5L6各轴段长度5860285810174、滚动轴承的选择与校核计算根据机械基础 P437 推荐的轴承寿命最好与减速器寿命相同，取10 年，一年按 300 天计算， T h=(30010 8)=24000h（1）高速轴承的校核选用的轴承是 6306 深沟型球轴承。20机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器轴承的当量动负荷为Pf d (XF rYFa )由机械基础 P407 表 186 查得， fd 1.21.8，取 fd=1.2。因为 Fa1， r1= 518.8N，则P fXFr=0NFd查机械基础 P407 表 185 得， X= 1， Y= 0 。PfdXFr11.21518.8622.56 N0.62256 KN查机械基础 p406 表 18-3 得： f t=1 ，查机械基础 p405 得：深沟球轴承的寿命指数为3 ，Cr= 20.8KN ；则L10h106(ft Cr)1061 2080031.3 106 h 24000h60n2P()60 466.798622.56所以预期寿命足够，轴承符合要求。（ 2）低速轴承的校核选用 6208 型深沟型球轴承。轴承的当量动负荷为Pf d (XF rYFa )由机械基础 P407 表 186 查得， fd 1.21.8，取 fd=1.2。因为 Fa2=0N，Fr2=492N，则PfdXFr查机械基础 P407 表 5得，X=1，Y=0。18P fdXFr1.2 1 745.09590.405 N查机械基础 p406表 18-3 得： f t，=1查机械基础 p405得：深沟球轴承的寿命指数为3 ，Cr=22.8KN ；则 L10h106( ftC )106(1 22800 )38.210 6h 24000 h60n P60 116.7590.405所以预期寿命足够 ,轴承符合要求。5、键联接的选择及其校核计算（ 1）选择键的类型和规格轴上零件的周向固定选用A 形普通平键，联轴器选用B 形普通平键。 高速轴（参考机械基础p471、附录17，袖珍机械设计师手册p835、21机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器表 15-12a）：根据带轮与轴连接处的轴径 25mm，轴长为 60mm，查得键的截面尺寸 b8mm ，h7mm根据轮毂宽取键长L 40mm高速齿轮是与轴共同制造，属于齿轮轴。 低速轴：根据安装齿轮处轴径d445mm ，查得键的截面尺寸 bh14mm 9mm，根据轮毂宽取键长 L L4848 8 40mm 。根据安装联轴器处轴径 d132mm ，查得键的截面尺寸 bh10mm 8mm，取键长 L=50mm。根据轮毂宽取键长L 72mm（长度比轮毂的长度小10mm）（ 2）校核键的强度 高速轴轴端处的键的校核：键上所受作用力： F2M2100042.7583420.64Nd25）键的剪切强度(0.6 0.8)60 80MPaFF3420.64 MPa 10.7MPa 60 MPaAbl840键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度 F 2F25179.7641.11MPae90MPaeAehl7 36e(0.91.5)90150MPaeF2F2 3420.64 MPa24.4MPa e (17. 2.0) 60 102 120MPaAehl740键联接的挤压强度足够。 低速轴两键的校核A 、低速轴装齿轮轴段的键的校核：2M21000164.240键上所受作用力： F7299.56Nd4522机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器）键的剪切强度FF7299.56 MPa 13.0MPa 60MPaA bl14 40键的剪切强度足够。）键联接的挤压强度eF2F2 7299.56 MPa 40.6MPae (17. 2.0) 60 102 1